(57)【要約】【課題】定着ベルトの駆動トルクの増大を抑制し、モータを含む駆動機構の破損を防止できるベルト定着装置を提供する。【解決手段】ベルト定着装置１０は、内面に潤滑剤が塗布される定着ベルト１２と、定着ベルト１２内に固定配置されたニップ形成部材１６と、定着ベルト１２を介してニップ形成部材１６に圧接された回転駆動される加圧ローラ２０と、定着ベルト１２が摩擦摺動するニップ形成部材１６との接触部に潤滑剤を補給するために所定の動作を行う潤滑剤補給手段１９，２４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に潤滑剤が塗布される無端状ベルトと、前記無端状ベルト内に固定配置されたニップ形成部材と、前記無端状ベルトを介して前記ニップ形成部材に圧接された回転駆動される弾性ローラと、前記無端状ベルトが摩擦摺動する前記ニップ形成部材との接触部に潤滑剤を補給するために所定の動作を行う潤滑剤補給手段とを備えたことを特徴とするベルト定着装置。
【請求項２】
前記無端状ベルトの駆動トルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記潤滑剤補給手段を作動させることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項３】
前記トルク検出手段は、前記無端状ベルトの回転速度、または、前記無端状ベルトの回転にしたがって回転する従動ローラの回転速度に基づいてトルクを検出することを特徴とする請求項２に記載のベルト定着装置。
【請求項４】
前記トルク検出手段は、前記無端状ベルトと前記弾性ローラとの間のニップ部に導入される用紙のループ量に基づいてトルクを検出することを特徴とする請求項２に記載のベルト定着装置。
【請求項５】
前記トルク検出手段は、前記弾性ローラを駆動するモータの電流に基づいてトルクを検出することを特徴とする請求項２に記載のベルト定着装置。
【請求項６】
前記所定の動作は、前記弾性ローラの圧接荷重を一時的に小さくすることであることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項７】
前記所定の動作は、前記弾性ローラを一時的に逆転駆動することであることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【請求項８】
前記所定の動作は、前記無端状ベルトの内面に接触配置された潤滑剤供給部材の交換時期を報知することであることを特徴とする請求項１に記載のベルト定着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられるベルト定着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば下記特許文献１，２には、無端状の定着ベルトを介して加圧パッドに弾性ローラを圧接し、前記弾性ローラを回転駆動することにより前記定着ベルトが前記加圧パッド上を摩擦摺動しつつ回転駆動されるベルト定着装置において、定着ベルトの内面に潤滑剤を塗布することで前記加圧パッドとの摩擦抵抗を低減して駆動トルクを抑制する技術が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４１１４３号公報
【特許文献２】特開２００１−２２８７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、定着ベルトの内側に潤滑剤をシールするのは構造上困難であり、使用するうちに定着ベルトの内側から潤滑剤が徐々に漏れ出る。これにより、加圧パッドと定着ベルトとの間の摩擦摺動部の潤滑剤がやがては枯渇することになる。このため、加圧パッドと定着ベルトとの摩擦抵抗が大きくなって、定着ベルトを駆動する弾性ローラの駆動トルクが増大する。その結果、潤滑剤を用いても駆動トルクの増大を防止できないために、結局は大型モータや大型の駆動機構を使用する必要があった。
【０００５】
そこで、前記課題を解決するために本発明は、定着ベルトの駆動トルクの増大を抑制し、モータを含む駆動機構の大型化や破損を防止できるベルト定着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明のベルト定着装置は、内面に潤滑剤が塗布される無端状ベルトと、前記無端状ベルト内に固定配置されたニップ形成部材と、前記無端状ベルトを介して前記ニップ形成部材に圧接された回転駆動される弾性ローラと、前記無端状ベルトが摩擦摺動する前記ニップ形成部材との接触部に潤滑剤を補給するために所定の動作を行う潤滑剤補給手段とを備えたものである。
【０００７】
本発明のベルト定着装置では、前記無端状ベルトの駆動トルクを検出するトルク検出手段をさらに備え、前記トルク検出手段の検出結果に基づいて前記潤滑剤補給手段を作動させてもよい。
【０００８】
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記無端状ベルトの回転速度、または、前記無端状ベルトの回転にしたがって回転する従動ローラの回転速度に基づいてトルクを検出してもよい。
【０００９】
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記無端状ベルトと前記弾性ローラとの間のニップ部に導入される用紙のループ量に基づいてトルクを検出してもよい。
【００１０】
また、本発明のベルト定着装置では、前記トルク検出手段が、前記弾性ローラを駆動するモータの電流に基づいてトルクを検出してもよい。
【００１１】
また、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記弾性ローラの圧接荷重を一時的に小さくすることであってもよい。
【００１２】
また、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記弾性ローラを一時的に逆転駆動することであってもよい。
【００１３】
さらに、本発明のベルト定着装置では、前記所定の動作が、前記無端状ベルトの内面に接触配置された潤滑剤供給部材の交換時期を報知することであってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のベルト定着装置によれば、潤滑剤補給手段が、例えば弾性ローラの圧接荷重を一時的に小さくする、弾性ローラを一時的に逆転駆動する、潤滑剤供給部材の交換時期を報知するなどの動作を行うことで、潤滑剤が枯渇しつつある無端状ベルトとニップ形成部材との間に潤滑剤が補給される。これにより、無端状ベルトとニップ形成部材との間の潤滑状態が回復して無端状ベルトの駆動トルクの増大を抑制できるので、モータを含む駆動機構の大型化や破損を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるベルト定着装置１０の全体構成図である。ベルト定着装置１０は、無端フィルム状の定着ベルト（無端状ベルト）１２を備えている。定着ベルト１２は、例えば、円筒状にしたときの外径が５０ｍｍで長手方向（図１において奥行き方向、以下に同じ。）の幅が約２４０ｍｍであって、ポリイミド（ＰＩ）からなる厚み７０μｍの基材、シリコンゴムからなる厚み２００μｍの弾性層、および、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）からなる厚み３０μｍの離型層を内側から順に積層して構成されている。
【００１６】
定着ベルト１２は、回転可能に配置された加熱ローラ１４と、定着ベルト１２内において加熱ローラ１４から離れて平行かつ回転不能に固定配置されたニップ形成部材１６とに巻き掛けられている。加熱ローラ１４は、例えば外径３５ｍｍの金属円筒からなり、例えばハロゲンランプからなるヒータ１５を内蔵している。
【００１７】
ニップ形成部材１６は、例えば耐熱樹脂からなる本体の上に例えばシリコンゴムからなる弾性層を設けて構成されており、定着ベルト１２の幅以上の長さをもって長手方向に延在している。定着ベルト１２の内面と接触するニップ形成部材１６の弾性層の表面は、摩擦係数の低い材料（例えばＰＦＡ、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）など）からなる低摩擦層で覆われている。
【００１８】
ニップ形成部材１６は、例えば金属円柱棒からなる補強部材１８によって補強されており、これにより長手方向と直交する方向に撓むのが防止されている。また、ニップ形成部材１６の本体と補強部材１８との間には、断熱を目的とした空間が確保されている。
【００１９】
定着ベルト１２の内面には、潤滑剤供給部材１９が接触配置されている。潤滑剤供給部材１９は、多孔質または繊維質の材料からなるのが好ましく、例えばセラミックや耐熱フェルトや紙などが好適に用いられる。潤滑剤供給部材１９には、例えばグリスやオイルなどの潤滑剤が含浸されており、これにより回転する定着ベルト１２の内面に潤滑剤が塗布されるようになっている。
【００２０】
ニップ形成部材１６には、定着ベルト１２を介して加圧ローラ（弾性ローラ）２０が圧接されており、定着ベルト１２と加圧ローラ２０との接触部が定着ニップ（ニップ部）２２になっている。加圧ローラ２０は、例えば、外径約３０ｍｍの円柱状をなし、外径２２ｍｍの芯金の周囲に厚み４ｍｍの弾性層を被覆して前記弾性層の表面に厚み４０μｍの離型層が形成されている。
なお、加圧ローラ２０にヒータを設けて、用紙のトナー画像面が加圧ローラ２０と接触しながら定着ニップ２２を用紙が通過するようにしてもよい。
【００２１】
加圧ローラ２０は、図示しないギヤ列を介してモータ２４に接続されて、回転駆動されるようになっている。これらのギヤ列およびモータ２４が駆動機構を構成する。通常動作において、モータ２４によって加圧ローラ２０が矢印Ａ方向に回転駆動されると、これに伴って定着ベルト１２はニップ形成部材１６上を摩擦摺動しつつ矢印Ｂ方向に回転するようになっている。また、モータ２４には、例えば電流計からなるモータ電流検出部（トルク検出手段）２６が接続されており、モータ２４に流れる電流を検出することで定着ベルト１２の駆動トルクを検出できるようになっている。
【００２２】
ニップ形成部材１６の定着ニップ形成面は、加圧ローラ２０の外周面に沿った湾曲面に形成されている。これにより、定着ニップ２２内の圧力分布が通紙方向（図１において下から上の方向）に関して入口から出口までほぼ均一になり、その結果、比較的低いニップ圧で高品質な定着画像が得られるようになっている。ただし、定着ニップ２２内のニップ圧は、入口側で高くなっていてもよいし、出口側で高くなっていてもよい。
【００２３】
加圧ローラ２０の端部は、支持部材２８によって回動可能に支持されている。支持部材２８は、フレーム３０に固定されて軸３２を中心に回動可能になっている。支持部材２８の上部には、折り曲げ部２８ａが形成されており、この折り曲げ部２８を貫通してシャフト３４が延びている。折り曲げ部２８ａとシャフト３４の一端部のフランジ部３４ａとの間であってシャフト３４の周囲には、スプリング３６が外装されている。シャフト３４の他端部には、フレーム３０に固定された軸３７によって回動可能に支持された円弧状ギヤ３８のレバー部３８ａが回動可能に連結されている。円弧状ギヤ３８には、モータ４０によって回転駆動される駆動ギヤ４２が噛合している。これにより、モータ４０により駆動ギヤ４２が回転すると、円弧状ギヤ３８、シャフト３４およびスプリング３６を介して支持部材２８が回動し、その結果、ニップ形成部材１６に対して加圧ローラ２０を圧接離隔することで圧接荷重を変更できるようになっている。
【００２４】
続いて、前記構成からなるベルト定着装置１０の動作について説明する。
ベルト定着装置１０では、モータ２４によって加圧ローラ２０が矢印Ａ方向に回転駆動され、これに伴って定着ベルト１２が矢印Ｂ方向に回転する。この回転の際に、定着ベルト１２の内面には、潤滑剤供給部材１９によって潤滑剤が塗布される。このように回転するうちに、ヒータ１５によって加熱された加熱ローラ１４から伝熱されることにより、定着ベルト１２は全周にわたって所定の定着温度（例えば１８０℃）に加熱される。
【００２５】
定着ベルト１２が所定の定着温度に加熱された後、未定着トナー画像を表面に担持した用紙が画像面を定着ベルト１２側に向けた状態で図中下方から定着ニップ２２に導入され、定着ニップ２２を通過する間にトナー画像が加熱溶融して用紙に定着される。
【００２６】
ベルト定着装置１０が長期にわたって作動するうちに、潤滑剤が定着ベルト１２の内側から徐々に漏れ出る。また、漏れ出ないにしても潤滑剤は圧力の低い方に移動しやすく、使用につれて定着ベルト１２とニップ形成部材１６との接触部の入口側および出口側のニップ形成部材１６上に溜まる。そのために、定着ベルト１２とニップ形成部材１６との間において潤滑剤が枯渇してくる。すると、ニップ形成部材１６に対する摩擦抵抗が大きくなるため、定着ベルト１２の駆動トルクが増大してくる。
【００２７】
定着ベルト１２の駆動トルクが増大してくると、加圧ローラ２０を駆動するモータ２４の電流が増加する。この電流増加がモータ電流検出部２６で検出されると、ベルト定着装置１０が組み込まれた画像形成装置の制御部は、潤滑剤供給部材１９の交換時期であることをユーザに報知する。その報知方法としては、例えば、操作パネルの表示部に表示する、音声により知らせる等がある。
【００２８】
これにより、ユーザによって潤滑剤を含浸した新しい潤滑剤供給部材１９に交換されると、潤滑剤が定着ベルト１２の内面に塗布されてニップ形成部材１６との間の接触部に補給される。その結果、潤滑剤の枯渇が解消されて潤滑状態が回復し、定着ベルト１２の駆動トルクが低下する。
【００２９】
このように、本実施形態のベルト定着装置１０によれば、定着ベルト１２の駆動トルクの増大を抑制できるので、モータ２４を含む駆動機構の大型化や破損を防止することができる。
【００３０】
前記においては潤滑剤供給部材１９の交換により定着ベルト１２とニップ形成部材１６との間に潤滑剤を補給したが、潤滑剤供給部材１９の交換を行う前に次のような動作を行うことによって定着ベルト１２とニップ形成部材１６との接触部に潤滑剤を補給してもよい。モータ２４の電流増加が検出されると、モータ２４により加圧ローラ２０を一時的に逆転駆動して定着ベルト１２を逆転させる。これにより、定着ベルト１２とニップ形成部材１６との接触部の出口側に溜まっている潤滑剤が前記接触部へと導入されて潤滑剤の枯渇状態が解消される。または、モータ２４の電流増加が検出されたときに、モータ４０を駆動することによって加圧ローラ２０の圧接荷重を一時的に小さくしてもよい。これによっても、定着ベルト１２とニップ形成部材１６との接触部の入口側および出口側に溜まっている潤滑剤が前記接触部に流れ込んで潤滑剤の枯渇状態が解消される。なお、定着ベルト１２の逆転や加圧ローラ２０の圧接荷重の変更は、非通紙時に行われる。
【００３１】
ところで、前記ベルト定着装置１０においては、定着ベルト１２のトルク検出手段としてモータ電流検出部２６を用いたが、これに限らず、次のようなトルク検出手段を用いてもよい。
【００３２】
例えば、定着ベルト１２の縁部全周に多数の反射部を等間隔に配置して、その配置部分に光を照射する。そして、前記反射板で反射された光を受光センサ４４で受光して、その受光信号をベルト回転速度検出部４６に入力して、定着ベルト１２の回転速度を検出する。定着ベルト１２とニップ形成部材１６との接触部において潤滑剤が枯渇してくると、これに伴って定着ベルト１２の駆動トルクが増大し、その結果、定着ベルト１２の回転速度の低下をもたらす。このように、定着ベルト１２の回転速度を検出することによって、駆動トルクの増大を検出することができる。
なお、定着ベルト１２の回転速度の低下は従動ローラである加熱ローラ１４の回転速度低下をもたらすため、同様の方法で加熱ローラ１４の回転速度を検出するようにしてもよい。
【００３３】
また、潤滑剤の枯渇によって定着ベルト１２の駆動トルクが増大してくると、定着ベルト１２に対して加圧ローラ２０がスリップすることにより定着ニップ２２における用紙搬送速度が低下する。このように搬送速度が低下している定着ニップ２２に用紙が所定の搬送速度で導入されてくると、用紙は図中一点鎖線で示す用紙搬送路４８からループ状にふくらむ。この用紙のループ量をセンサ５０で検出し、その検出結果に基づいて上述したような各種の潤滑剤補給動作を行うようにしてもよい。
【００３４】
ここで、ベルト定着装置１０の効果確認のための比較実験を行った。その結果を図２のグラフに示す。このグラフは、耐久時間と駆動トルクとの関係を表す。実験では、ベルト定着装置１０を用いて、潤滑剤供給部材１９を設けた場合と、潤滑剤供給部材１９を設けることなく最初に定着ベルト１２の内面に潤滑剤を塗布しただけの場合とで実験を行った。また、潤滑剤供給部材１９を設けない場合でも、潤滑材補給動作することなく定着ベルト１２を連続回転させた従来の場合、定着ベルト１２の一時的逆転により潤滑剤補給を行った場合、加圧ローラ２０を一時的に離隔させて圧接荷重を小さくすることより潤滑剤補給を行った場合の３つの場合について調べた。
【００３５】
加圧ローラ２０の圧接荷重は３００Ｎとし、潤滑剤にはパーフロロポリエーテルをフッ素樹脂で増稠したダウコーニング社製グリスを用いた。耐久は通紙を行わずに所定定着温度に温調して定着ベルト１２を連続回転させ、この状態で駆動トルクの変化を測定した。
【００３６】
逆転動作ありの場合は、１００時間、２００時間、３００時間の各時点で１０秒間の逆転動作を入れてその前後で駆動トルクを測定した。圧接離隔ありの場合は、１００時間、２００時間、３００時間の各時点で駆動を停止して圧接荷重を一時解放して再度３００Ｎに設定したその前後で駆動トルクを測定した。潤滑剤供給部材ありの場合は、潤滑剤供給部材１９としてアラミド繊維からなる厚さ２ｍｍの不織布を長手方向については定着ベルト１２と同じ幅で、回転方向に関して１０ｍｍ幅で定着ベルト１２の内面に接触させ、初期に２ｇの潤滑剤を含浸させたものを用い、３００時間時点で新しいものに交換した。
【００３７】
図４のグラフから明らかなように、潤滑剤供給部材ありの場合で駆動トルク抑制効果が最も大きく、逆転ありおよび圧接離隔ありの各場合についても駆動トルク抑制効果が得られることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ベルト定着装置の全体構成図。
【図２】比較実験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３９】
１０…ベルト定着装置
１２…定着ベルト（無端状ベルト）
１４…加熱ローラ
１６…ニップ形成部材
１９…潤滑剤供給部材
２０…加圧ローラ（弾性ローラ）
２２…定着ニップ（ニップ部）
２４…モータ
２６…モータ電流検出部（トルク検出手段）
２８…支持部材
３４…シャフト
３６…スプリング
３８…円弧状ギヤ
４０…モータ
４２…駆動ギヤ
４４…受光センサ（トルク検出手段）
４６…ベルト回転速度検出部（トルク検出手段）
５０…センサ（トルク検出手段）
【図１】
2005326702.tif 000003
【図２】
2005326702.tif 000004